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Anlage zur Kupplung eines elektrischen Netzes mit einem zweiten Netz anderer Frequenz bzw. Phasenzahl
In der Elektrowirtschaft besteht häufig das Bedürfnis, Netze verschiedener Art miteinander zu verbinden, um von einem Netz in das andere Energie zu liefern, z. B. um einen Überbedarf eines Netzes aus dem anderen decken oder die bei plötzlicher Entlastung eines Netzes vorhandene Überschuss-Energie im anderen Netz unterbringen zu können und dadurch Wasser-oder Brennstoffverluste zu vermeiden. Ein wichtiger Fall ist das Problem, aus einem mit 50 Perioden betriebenem Drehstromnetz ein mit 16 2/3 Perioden betriebenes Einphasenbahnnetz zu speisen.
Die naheliegendste Lösung dieses Problems ist die Verwendung eines Umformeraggregats, wobei z. B. aus dem Drehstromnetz ein Drehstrommotor betrieben wird, der seinerseits wiederum einen Einphasengenerator antreibt. Bei dieser Anordnung ist jedoch ein konstantes Verhältnis der Frequenz in beiden Netzen unbedingte Voraussetzung, was in der heutigen Praxis die grössten Schwierigkeiten bereitet. Als Ausweg wurde daher für diesen Zweck auch ein Asynchron-Motor mit Hintermaschine benützt, durch welche die Drehzahl reguliert werden kann.
Auch Drehstromkollektormotoren können Verwendung finden. Beide Anordnungen sind aber teuer und für grössere Leistungen aus konstruktiven Gründen schwer auszuführen.
Will man bestehende Anlagen umbauen, so bereitet der Anbau eines Drehstrommotors an ein Turbinen-Einphasengenerator-Aggregat auch dadurch grosse Schwierigkeiten, weil die Verlängerung der Welle nur mit grossen Kosten durchführbar ist.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Anlage zur Kupplung eines durch ein Wasserturbinenaggregat gespeisten elektrischen Netzes mit einem zweiten elektrischen Netz anderer Frequenz bzw. Phasenzahl, die auch bei bestehenden Werken dieser Art mit relativ geringen Kosten herstellbar ist und besonders bei Speicherwerken bedeutende Vorteile bietet. Erfindungsgemäss wird durch ein vom zweiten Netz gespeistes an sich bekanntes Motor-Pumpenaggregat der Turbine Wasser zugeführt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in Fig. 1 im Schaltschema dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Rohranschlussstück.
Eine Gruppe von zwei Turbinen T und T' wird über die Druckleitung D von einem Speicher S aus gespeist. Die damit gekuppelten Generatoren G und G'arbeiten auf ein Einphasenbahnnetz. Von einem Drehstromnetz aus, das mit dem Einphasennetz gekuppelt werden soll, wird ein Drehstromsynchronmotor SM gespeist, der eine Pumpe P antreibt, die Wasser vom Unterwasserkanal U über ein Anschlussstück A vor der Abzweigung der Druckleitung zuführt.
Soll also infolge Überlastung des Bahnnetzes oder zum Zwecke der Schonung des Speicherinhaltes Energie aus dem z. B. aus Laufwerken gespeisten Drehstromnetz entnommen werden, so wird das Drehstrom-Pumpenaggregat SM-P in Betrieb gesetzt und so die Turbinen mindestens teilweise durch im Kreislauf geführtes Wasser gespeist.
Bei geeigneter Ausbildung des Anschlussrohrstückes A als Dreieckleitung gemäss Fig. 3 besteht auch keine Schwierigkeit, bei völliger Abschaltung der Turbinen T und T'den Speicher S durch die Druckleitung aus dem Unterwasser aufzufüllen, wenn, wie dies meistens der Fall ist, dauernd genügend Unterwasser, z. B. aus einem Fluss oder See zur Verfügung steht. Es besteht auch die Möglichkeit, z. B. nur eine Turbine aus der Pumpe zu speisen und die andere Hälfte des Druckwassers in den Speicher zu fördern. Alle diese Möglichkeiten hängen natürlich von der Leistungsfähigkeit des Motorpumpenaggregates ab.
Auch mit einer solchen Anlage können daher, wie bei der eingangs erwähnten Kupplung beider Netze mit rein elektrischen Maschinen, auftretende Mehrbelastungen im Einphasennetz aus dem Drehstromnetz gedeckt werden. Darüber hinaus bietet aber diese Anordnung folgende Vorteile : a) Die Anlage kann ohne jede konstruktive Änderung an den Turbinen-Aggregaten gebaut werden. b) Die sehr unruhige Belastung des Bahnnetzes kann durch eine vollkommen gleichmässige Leistungsentnahme aus dem Drehstromnetz aufgebracht werden, da Überlasten des Bahnspeichers aus dem Speicher gedeckt werden könne, während eine Unterlast zu einer Auffüllung des Speichers führt.
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c) Überschussenergie im Drehstromnetz, z.
B. in der Nacht oder bei Lastabwurf im Drehstromnetz kann jederzeit gespeichert und daher in Mangelzeiten, wo die Energie höher zu bewerten ist, wieder entnommen werden. Dies ist besonders wichtig, wenn das Drehstromnetz aus Laufwerken gespeist ist.
Als Nachteil einer solchen hydraulischen Kupplungsanlage gegenüber rein elektrischer Kupplung muss die Verringerung des Wirkungsgrades durch die zwischen Motor und Generator liegende Pumpe und Turbine in Betracht gezogen werden.
Gegenüber der Anordnung eines Asynchronmotors mit Hintermaschine hat diese Anordnung
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einen grösseren Wirkungsgrad.
Bedenkt man aber den Umstand, dass eine ungleichmässige Belastung des Drehstromnetzes durch die Bahnmaschinen weitere Verluste mit sich bringt, so wird der verringerte Wirkungsgrad zweifellos durch die Vorteile der gleichmässigen Belastung des Drehstromnetzes und die äusserst wertvolle Speichermöglichkeit der Drehstrom- Überschussenergie aufgewogen, wobei die leichte Umbaumöglichkeit bei bereits bestehenden Anlagen schliesslich den Ausschlag gibt.
Das Motorpumpen-Aggregat SM-P kann sehr einfach zu einem Reserve-Aggregat ausgebaut werden, indem an der anderen Seite eine weitere Turbine T"angebaut wird. Man kann in diesem Falle, z. B. bei abnormal kleinem Leistungsbedarf im Einphasenbahnnetz die Pumpe P ab-und die Turbine TU anschalten und den Synchronmotor SM als Drehstromgenerator auf das Drehstromnetz arbeiten lassen.
Natürlich besteht auch die Möglichkeit, den Synchronmotor mit einer Turbine eines im Kraftwerk eventuell vorhandenen Drehstrom-Aggregates kuppelbar zu machen, so dass bei Ausfall des Generators dieses Aggregates der Synchronmotor als Ersatzgenerator auf das Drehstromnetz arbeiten kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anlage zur Kupplung eines durch ein Wasserturbinenaggregat gespeisten elektrischen Netzes mit einem zweiten elektrischen Netz anderer Frequenz bzw. Phasenzahl, gekennzeichnet durch ein vom zweiten Netz gespeistes, an sich bekanntes Motor-Pumpen-Aggregat (SM-P), das der Turbine (T) Wasser zuführt.